Masivna crna rupa udaljena milijardama kilometara od nas pružila je fizici rijedak dar: po prvi put izravno su izmjereni vrtlozi prostorvremena koje stvara njezina rotacija, i to u trenutku dok razara prolaznu zvijezdu. Time je potvrđeno jedno od predviđanja opće teorije relativnosti staro više od stoljeća.
Prema općoj teoriji relativnosti, svaki dovoljno masivan objekt koji se brzo okreće “povlači” prostorvrijeme oko sebe. Taj učinak, poznat kao “povlačenje” prostorvremena ili Lense-Thirringov efekt, već je izmjeren u okolini Zemlje, oko Jupitera uz pomoć misije Juno i u sustavima neutronskih zvijezda pulsara.
Kod crnih rupa učinak je daleko snažniji. U ovom slučaju riječ je o supermasivnoj crnoj rupi mase oko 5 milijuna Sunčevih masa. Predvidjeti da će takav objekt snažno povlačiti prostorvrijeme jednostavnije je nego taj efekt stvarno izmjeriti na velikim kozmičkim udaljenostima.
Crne rupe u pravilu ostaju nevidljive osim ako aktivno konzumiraju okolnu tvar. Jedan od najuočljivijih oblika takve aktivnosti jest potpuna destrukcija zvijezde koja zaluta preblizu, događaj poznat kao tidal disruption event (TDE), odnosno plimni poremećaj zvijezde. Tada se nakratko pojavi snažan bljesak u raznim valnim duljinama, što astronomima pruža priliku za niz preciznih mjerenja. U jednom ranijem takvom događaju već su bili određeni i povlačenje prostorvremena i brzina vrtnje crne rupe.
Ritmični signal iz uništene zvijezde
Novi rezultat dolazi iz drugog TDE-a, nazvanog AT2020afhd, koji je uočljiv u rendgenskom dijelu spektra i u radiovalovima. Zvijezda koja je upala u gravitacijsko polje crne rupe najprije je rastrgana, a potom se njezina tvar organizirala u užareni disk plazme oko crne rupe. Iz blizine crne rupe izbija i mlaz materijala, relativistički izbačen u svemir.
Analiza je pokazala da se disk i mlaz ne zadržavaju u stalnom položaju nego prolaze kroz zajedničku precesiju, što znači da se njihova orijentacija prema promatraču mijenja u pravilnom ritmu. Taj ciklus ponavlja se svakih 20 dana. Upravo unutar te periodičnosti istraživači su uspjeli izdvojiti vrlo malen, ali jasan signal koji odgovara povlačenju prostorvremena oko rotirajuće crne rupe.
“Pokazujući da crna rupa može povlačiti prostorvrijeme i stvarati taj učinak frame-dragginga, počinjemo ujedno razumijevati i mehaniku samog procesa”, naglasio je u priopćenju za IFLScience suautor rada, dr. Cosimo Inserra sa Sveučilišta u Cardiffu.
“Na sličan način kao što nabijeni objekt pri rotaciji stvara magnetsko polje, ovdje vidimo kako masivan, brzo rotirajući objekt, u ovom slučaju crna rupa, stvara gravitomagnetsko polje koje utječe na gibanje zvijezda i drugih kozmičkih objekata u svojoj blizini.”
Predviđanje staro više od stoljeća
Lense-Thirringov efekt, proizlazi iz Einsteinove opće teorije relativnosti koju je formulirao 1913. godine. Austrijski fizičari Josef Lense i Hans Thirring 1918. su taj učinak matematički razradili za rotirajuće mase. Od tada relativnost prolazi sve preciznije testove, od orbita planeta do gravitacijskih valova, no znanstvenici očekuju da u ekstremnim uvjetima još uvijek može otkriti nova iznenađenja.
Zato su ovakva opažanja od posebne važnosti. Ona istovremeno potvrđuju temeljne predikcije teorije i otvaraju nove prozore u razumijevanje najsilovitijih procesa u svemiru.
“Ovo je doista dar za fizičare, jer potvrđujemo predviđanja stara više od sto godina. Osim toga, ova opažanja govore nam i više o prirodi TDE-ova, kada crna rupa svojim golemim gravitacijskim silama doslovno razdere zvijezdu”, istaknuo je dr. Inserra.
Za razliku od prethodnih proučavanih TDE-ova, u kojima je radiozračenje bilo prilično stabilno, signal iz AT2020afhd-a pokazivao je kratkoročne promjene koje istraživači nisu mogli pripisati samo oslobađanju energije iz crne rupe i njezine neposredne okolice.
“To je u našim očima dodatno potvrdilo učinak povlačenja prostorvremena i pružilo znanstvenicima novu metodu za proučavanje crnih rupa”, zaključio je dr. Inserra.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
